CN102559963A

CN102559963A - 一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法

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Publication number: CN102559963A
Application number: CN2012100275787A
Authority: CN
Inventors: 李志全; 张红闯; 贾文君; 王文生; 杨双喜; 胡文强; 杨春生; 赵永平
Original assignee: Hebei Iron And Steel Co Ltd Handan Branch
Current assignee: Hebei Iron And Steel Co Ltd Handan Branch
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，属于冶金行业试验研究技术领域。技术方案是：按照实际高炉炉身上部尺寸缩小十倍制作高炉模型，高炉布料模型内置隔板，隔板由通过高炉布料模型上部框架上的滑轮系统上下移动，对应不同的料线进行模拟布料；按照现场料制布完料后，测量隔板上所布矿石和焦炭的厚度值，测量径向料面高度，然后绘出该料制的料面形状曲线，计算出该料制的矿焦比。本发明的积极效果：操作简单，测量准确，方便直观，既节约试验材料及试验炉料，又减少试验工作量，可以有针对性的解析高炉无钟炉顶布料的合理矿焦比分布和径向相关参数的优点，是冶金实验室研究高炉布料规律以及指导现场操作的实用方法。

Description

一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法

技术领域

本发明涉及一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，属于冶金行业试验研究技术领域。

背景技术

矿焦比是指在高炉炉喉处矿的厚度与焦的厚度比值，用O/C表示。合理矿焦比分布是高炉布料的两个关键因素之一，矿焦比分布与料面形状是无钟炉顶布料控制的两个既独立又相互影响的关键因素，主要对炉身下部煤气流的分布起主导调节作用，对高炉煤气流调节的综合作用而言，以矿焦比的调节作用为主，以料面形状的调节作用为辅。合理的矿焦比分布为形成合理的料面形状提供了条件，控制好矿焦比分布高炉定会获得较好的操作指标。由于高炉的自身特点，生产中不可能进去测量它们的厚度，然后再计算矿焦比。目前，背景技术矿焦比的算法就是在高炉操作中，用布矿圈数与布焦圈数之比作为矿焦比，这个算法比较理想化，是理论上的计算方法，在实际操作高炉布料时，矿与焦往往会朝着对方相互滚动，造成矿中有焦，焦中有矿的现象，这时候还纯粹简单的用这样的计算方法显然不能反映实际生产中矿焦分布情况。

发明内容

本发明目的是提供一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，测量准确，方便直观，得到准确的矿焦比，真实反映实际生产中矿焦分布情况，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，包含如下步骤：

①建立实验模型；根据相似第三定理单值条件完全相似的原则，按照实际高炉炉身上部尺寸缩小十倍制作高炉模型，沿高炉模型纵向断面切下两刀，得到一个四棱台型高炉布料模型；这样做的最大优点是可以将空间直角坐标系直接建立于高炉模型上，为快速准确解析高炉布料料制的径向参数带来了诸多便利；将料线标在高炉布料模型上，以高炉布料模型的中心线为纵坐标、高炉布料模型中心至炉墙的距离为横坐标，将直角坐标系建立于高炉布料模型之上；相似理论第三定理规定：为了保证两个现象相似，必须保证两个现象的单值量决定的相似准则相等；

②为了便于布料操作，同时也按相似理论要求，在布料料面上截取某个平面作为横坐标的水平面截取线，制作高炉布料模型内置隔板，该隔板宽度与四棱台型的高炉布料模型宽度相等，并在隔板上铺垫与隔板面积相当的软胶皮，隔板由通过高炉布料模型上部框架上的滑轮系统上下移动，对应不同的料线进行模拟布料；

③试验操作，按照现场料制布完料后，测量隔板上所布矿石和焦炭的厚度值，测量径向料面高度，然后绘出该料制的料面形状曲线，计算出该料制的矿焦比。

沿高炉模型纵向断面切下两刀，形成宽度为25cm的四棱台型高炉布料模型。

所说的试验操作，首先进行试验炉料的备制，严格遵循相似理论第三定理单值相似的要求，试验炉料粒度组成应按实际生产高炉炉料粒度组成的平均重量和平均体积缩小相应倍数；本发明按实际生产高炉炉料粒度组成的平均重量和平均体积缩小十倍，寻找符合该要求的试验炉料，试验炉料包括烧结矿、焦炭、球团和块矿。

具体工艺方法：计算生产现场高炉某料线以上容积与高炉布料模型相对应的料线以上的容积，从中计算出实际高炉与高炉布料模型同料线以上空间的体积倍数，并分别测定出生产现场炉料堆比重和高炉布料模型试验炉料堆比重，然后再依据生产现场批重所占的体积缩小相应的体积倍数，计算出高炉布料模型相应料线以上的体积；依据这个体积及试验炉料的堆比重，换算出高炉布料模型批重，依据上面原则，选择高炉布料模型试验炉料批重。

所说的试验操作，首先用布料圈数之比分析拟定出布料矩阵，然后通过试验室无钟布料高炉布料模型试验验证，优化出合理的布料矩阵。对高炉操作而言，命中率较高，对炉况的掌握为有的放矢。无钟炉顶多环布料可以在不同环位，布不同的圈数，能方便快捷地调整矿焦比的分布。

具体优化步骤：将高炉布料模型确定的布料环位划分为三部分，即边缘环带、中间环带、中心区域，布料矩阵用布料圈数控制炉喉半径上的O/C分布，遵循如下规律：中间环带O/C布料圈数之比为1.0，边缘环带的O/C圈数之比为1.5-3.0，矿焦比的分布调整同时与中心加焦量和矿批的变化相配合。

所说的试验操作，试验操作时根据生产料制进行矿批确定，安排配料，称出所布每批料的重量，升降调整隔板至其上沿为料线高度，按料制要求调整布料溜槽角度，把称好的批重料运至高炉布料模型炉顶倒进上料装置，炉料经过炉顶上料装置、料罐、布料溜槽堆积在隔板上，隔板上炉料分布结构为一层焦炭一层烧结矿；布料结束后，测量出矿的厚度和焦炭的厚度，即可算出矿焦比O/C。

测量出料面形状和径向参数，依据测量数据绘制成图，以中心到边缘为横坐标，以料面形状为纵坐标，画出料面形状断面图，高炉生产现场可以根据料面断面形状图为指导进行生产，提高了矿焦比调整的准确率，从而提高生产效率。

另外，本发明方法要求高炉布料模型解析布料矩阵的速度能跟上高炉调控的需要。通过试验设备的调整和试验方法的改进，从而指导高炉合理矿焦比分布，高炉操作指标会有大幅度的提高和改善。

本发明的积极效果：操作简单，测量准确，方便直观，既节约试验材料及试验炉料，又减少试验工作量，可以有针对性的解析高炉无钟炉顶布料的合理矿焦比分布和径向相关参数的优点，是冶金实验室研究高炉布料规律以及指导现场操作的实用方法。

附图说明

附图1是本发明实施例高炉布料模型示意图；

图中：炉顶上料装置1、料罐2、布料溜槽3、左涡轮减速机4、四棱台型高炉布料模型5、上部框架6、右涡轮减速机7、隔板8；

附图2为实施例两种料制的径向矿焦比分布曲线；

附图3为实施例两种料制在炉内的料面形状。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

在试验室通过2000m³高炉缩小10倍的高炉布料模型，模拟了实施例一、实施例二两种典型料制进行布料，解析了两种料制的径向矿焦比分布。

首先，进行试验炉料的准备。

生产现场使用的烧结矿、焦炭、球团矿粒度组成见表1、表2和表3，块矿的粒度组成同烧结矿。根据相似第三定理，进行模型试验的炉料准备工作，由于高炉炉料均为不规则的颗粒，模型试验炉料也应按相似定理和高炉布料方程要求重量缩小10倍，炉料的体积则应依据堆比重换算关系缩小至11倍左右。

计算出了模型试验炉料的粒度组成见表4。

Figure 2012100275787100002DEST_PATH_IMAGE002

试验测定模型试验炉料粒度组成的具体步骤如下：

以烧结矿为例，如生产现场烧结矿50-25mm粒级如何缩小为模型试验炉料粒级？

a．对生产现场50-25mm粒级的烧结矿装入一定容积的容器内，进行三次测重量，将重量除容器体积即为该粒级的堆比重，三次平均则得出该粒级的生产现场堆比重数据；

b．对上述三次测量的烧结矿个数进行统计，求三次平均即为该堆比重对应粒级炉料平均个数，由三次重量平均值除以三次统计个数平均值得出该粒级的平均重量。容器容积除统计平均个数即为平均体积；

c．将炉料近似看作正方形，对生产现场的粒度上限50mm和下限25mm按立方体求体积除10开立方，即可计算模型试验炉料的大致炉料粒度缩小范围；

d．根据理论计算的模型试验炉料的粒度范围在试验室进行实际测定，方法同前a、b。求出模型试验炉料的平均重量和平均体积，如果模型平均重量接近缩小了10倍，即认为该模型粒度范围对应生产现场50-25mm的烧结矿粒度范围；

e．其他粒级范围同上述方法寻找到；

f．焦炭、球团、块矿也同烧结矿上述粒级的寻找方法；

g．炉料结构按生产现场的炉料结构相配比，这样保证了炉料模拟的相似性要求；

其次，试验炉料批重选择。

选择高炉布料模型试验炉料批重。试验炉料的堆比重测定结果见表5，试验用炉料的批重选择见表6:

表5 试验炉料的堆比重测定

原料	堆比重测定数据
		焦炭	0.556g/cm³或556kg/m³
试验用矿（配好矿）	1.845g/cm³或1845kg/m³

对现场高炉现用料制进行分析对比，见表7

Figure 2012100275787100002DEST_PATH_IMAGE004

焦批按生产现场的矿焦负荷计算

负荷：42t/9t＝4.67 焦批：9/4.67=1.93 kg/批

47.96t/9.96t＝4.82 10/4.82=2.1 kg/批

53.5t/10.9 t=4.908 10.45/4.908=2.129 kg/批

第三，试验操作。

先对实施例一料制进行模型模拟布料，先称出所布每批料的重量。升降调整隔板8至其上沿为料线高度，按料制要求调整布料溜槽3角度，把称好的批重料运至炉顶倒进炉顶上料装置1，炉料经过炉顶上料装置、料罐2、布料溜槽3堆积在隔板8上，隔板上炉料分布结构为一层焦炭一层烧结矿。布料结束后，测量出矿的厚度和焦炭的厚度，即可算出O/C。测量出料面形状和径向参数。依据测量数据绘制成图，以中心到边缘为横坐标，以料面形状为纵坐标，画出料面形状断面图。

同理，接着又对实施例二料制进行高炉布料模型模拟布料，按照实施例一料制的步骤进行，最好也计算出O/C，画出了料面形状断面图。

依据环位和半径的对应关系将高炉炉喉半径划分三个环带，以距中心1.21m为中心区域，以1.21-2.96m为中间环带，以2.96-4.0m为边缘环带。按10:1缩小的高炉布料模型实测得两种料制的径向矿焦比分布曲线见图2，由图可见，用模型解析O/C分布，1#料制中间环带负荷重，边缘环带负荷轻，中心更轻；2#料制中间环带和边缘环带负荷都重，中心无焦。

比较用两种方法解析布料矩阵的O/C分布，模型解析的实施例一料制O/C分布与圈数之比分布一致，模型解析的实施例二料制O/C分布有偏差，究其原因，主要跟炉料在炉内实际的环位偏差和炉内的滚动有关。炉料布到炉内后，矿和焦都不会完全落在相应的环带上，而且还有滚动，滚动量的大小主要与所布的炉料的布料矩阵形成的料面形状有关，漏斗坡度陡滚动量大。下面把模型解析的两种料制炉料在各环带之间偏差和滚动相互作用情况列表（见表8）。

分析表8，实施例一料制应布在中心区域的焦炭约有59%产生环位偏差，布到了中间环带，中间环带的焦炭约20%滚向边缘区域；应布到中间环带的矿向中心和边缘区域滚动约13%；实施例二料制应布到中间环带的焦炭滚向边缘区域约18%，应布到边缘区域的矿石向中间环带滚动了约25%。除实施例一料制焦炭中心区域产生环位偏差外，两种料制焦炭的滚动量基本相当；矿石滚动量实施例二料制比实施例一料制多1倍。

所测两种料制在炉内所形成的料面形状见图3，由图可见，实施例一料制形成的料面形状漏斗较缓，炉料向中心和边缘的滚动量不是太大，所以用布料圈数之比解析O/C分布与模型试验解析是一致的。而实施例二料制料面形状形成的漏斗较陡，炉料向中心滚动量较大，所以用布料圈数之比解析O/C与模型试验解析出现偏差。

所以高炉在矿焦比分布的调整中，根据炉况的变化，首先用布料圈数之比分析拟定出布料矩阵，然后通过高炉布料模型试验验证，优化出更为合理的布料矩阵，这种调节方法对高炉操作而言，命中率较高，对炉况的掌握为有的放矢。这就要求高炉布料模型解析布料矩阵的速度能跟上高炉调控的需要。通过本试验设备和试验方法能将这种模型试验方法优化压缩在数个小时完成，如此指导高炉合理矿焦比分布，高炉操作指标会有大幅度的提高和改善。

此方法应用到现场高炉后，取得良好效果。

Claims

1.一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于，包含如下步骤：

①建立实验模型；根据相似第三定理单值条件完全相似的原则，按照实际高炉炉身上部尺寸缩小十倍制作高炉模型，沿高炉模型纵向断面切下两刀，得到一个四棱台型高炉布料模型；将料线标在高炉布料模型上，以高炉布料模型的中心线为纵坐标、高炉布料模型中心至炉墙的距离为横坐标，将直角坐标系建立于高炉布料模型之上；

②为了便于布料操作，同时也按相似理论要求，在布料料面上截取某个平面作为横坐标的水平面截取线，设计制作高炉布料模型内置隔板，该隔板宽度与四棱台型的高炉布料模型宽度相等，并在隔板上铺垫与隔板面积相当的软胶皮，隔板由通过高炉布料模型上部框架上的滑轮系统上下移动，对应不同的料线进行模拟布料；

2.根据权利要求1所述之一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于所说的试验操作，首先进行试验炉料的备制，按实际生产高炉炉料粒度组成的平均重量和平均体积缩小十倍，寻找符合该要求的试验炉料，试验炉料包括烧结矿、焦炭、球团和块矿。

3.根根权利要求2所述之一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于具体工艺方法：计算生产现场高炉某料线以上容积与高炉布料模型相对应的料线以上的容积，从中计算出实际高炉与高炉布料模型同料线以上空间的体积倍数，并分别测定出生产现场炉料堆比重和高炉布料模型试验炉料堆比重，然后再依据生产现场批重所占的体积缩小相应的体积倍数，计算出高炉布料模型相应料线以上的体积；依据这个体积及试验炉料的堆比重，换算出高炉布料模型批重，依据上面原则，选择高炉布料模型试验炉料批重。

4.根据权利要求1或2所述之一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于所说的试验操作，首先用布料圈数之比分析拟定出布料矩阵，然后通过试验室无钟布料高炉布料模型试验验证，优化出合理的布料矩阵。

5.根据权利要求4所述之一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于具体优化步骤：将高炉布料模型确定的布料环位划分为三部分，即边缘环带、中间环带、中心区域，布料矩阵用布料圈数控制炉喉半径上的O/C分布，遵循如下规律：中间环带O/C布料圈数之比为1.0，边缘环带的O/C圈数之比为1.5-3.0，矿焦比的分布调整同时与中心加焦量和矿批的变化相配合。

6.根据权利要求1或2所述之一种高炉矿焦比分布调整的模型试验方法，其特征在于所说的试验操作，试验操作时根据生产料制进行矿批确定，安排配料，称出所布每批料的重量，升降调整隔板至其上沿为料线高度，按料制要求调整布料溜槽角度，把称好的批重料运至高炉布料模型炉顶倒进上料装置，炉料经过炉顶上料装置、料罐、布料溜槽堆积在隔板上，隔板上炉料分布结构为一层焦炭一层烧结矿；布料结束后，测量出矿的厚度和焦炭的厚度，即可算出矿焦比O/C。